新能源懸置系統(tǒng)二級(jí)隔振分析

夏永文 羅春根 曹倩倩

摘要：新能源汽車主要采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，相對(duì)傳統(tǒng)汽車而言，高階激勵(lì)更加突出。本文通過(guò)在傳統(tǒng)懸置系統(tǒng)件的基礎(chǔ)上，增加二級(jí)橡膠隔振，并分析其對(duì)高頻振動(dòng)隔振的影響，解決由高頻振動(dòng)導(dǎo)致的嘯叫問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：二級(jí)隔振;高頻隔振;嘯叫;電機(jī)懸置

中圖分類號(hào)：U461.56? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）08-0059-03

0? 引言

懸置系統(tǒng)是動(dòng)力總成振動(dòng)傳遞路徑過(guò)程中最重要的減振件之一，直接影響動(dòng)力總成振動(dòng)傳遞及車內(nèi)的舒適性。新能源電機(jī)嘯叫問(wèn)題突出，懸置件可以通過(guò)增加二級(jí)隔振襯套，解決高頻嘯叫問(wèn)題。

1? 新能源電機(jī)嘯叫特點(diǎn)

如圖1所示，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)激勵(lì)主要集中在1000Hz以內(nèi)，階次主要為2/4/6/8階（如圖1所示）;相對(duì)于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，新能源電機(jī)激勵(lì)主要集中在1000Hz以上，階次主要是8階以上的高階（如圖2所示）。由于人耳對(duì)1000-4000Hz頻段的聲音非常敏感，因此各新能源車型很容易出現(xiàn)高頻嘯叫問(wèn)題。

針對(duì)電機(jī)高頻嘯叫，當(dāng)前各大汽車廠一方面通過(guò)齒輪工藝、齒輪修型、軸系分布、殼體模態(tài)優(yōu)化等措施降低電機(jī)激勵(lì)源高頻振動(dòng)，從源頭上優(yōu)化嘯叫問(wèn)題。

另外一方面，從傳遞路徑上隔離高頻嘯叫，即通過(guò)激勵(lì)源或車內(nèi)包覆來(lái)隔離嘯叫的空氣傳遞路徑;通過(guò)優(yōu)化懸置襯套結(jié)構(gòu)等措施，來(lái)隔離嘯叫的結(jié)構(gòu)傳遞。本文通過(guò)在懸置基礎(chǔ)上，在主動(dòng)側(cè)增加二級(jí)隔振襯套來(lái)進(jìn)一步隔離高頻振動(dòng)的結(jié)構(gòu)傳遞。

2? 二級(jí)隔振建模與分析

在懸置與電機(jī)連接點(diǎn)上，增加橡膠襯套，形成二級(jí)隔振。即一級(jí)為懸置原有的橡膠件，二級(jí)為懸置與電機(jī)總成連接點(diǎn)的襯套，形成二級(jí)隔振，如圖3所示。

本文為分析二級(jí)隔振趨勢(shì)，以圖3所示意的后懸置做二級(jí)隔振進(jìn)行分析與驗(yàn)證。我們可以把后懸置支架看作M1的質(zhì)量體，后懸置大襯套（一級(jí)）看成K1的彈簧，后懸置小襯套（二級(jí)）看成K2的彈簧，電機(jī)總成看成M2的質(zhì)量體，其余兩個(gè)懸置合成為K3的彈簧，在主方向上簡(jiǎn)化二級(jí)隔振模型，如圖4所示。

根據(jù)簡(jiǎn)化，通過(guò)二自由度模型可以分析其傳遞特性曲線。圖5為某電機(jī)二級(jí)隔振與單機(jī)隔振傳遞特性對(duì)比情況，根據(jù)圖5所示，可以確認(rèn)以下幾個(gè)特征：

①在同一方向，二級(jí)隔振有兩個(gè)共振點(diǎn)，單級(jí)隔振僅一個(gè)共振點(diǎn)。

②單級(jí)隔振在激勵(lì)頻率與共振頻率比1.4倍時(shí)起到隔振作用。二級(jí)隔振在1.4倍時(shí)起隔振作用，隨后經(jīng)歷第二次共振，振動(dòng)放大，然后再次起到隔振作用。

③二級(jí)隔振在高頻區(qū)域隔振效果明顯，但在兩個(gè)固有頻率區(qū)間，由于存在共振區(qū)域，相對(duì)一級(jí)隔振振動(dòng)放大。一般情況下，這兩個(gè)模態(tài)處于中低頻區(qū)域，正好處于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率區(qū)域，因此針對(duì)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)配置，不建議在懸置主動(dòng)側(cè)采用二級(jí)隔振措施。

3? 二級(jí)隔振趨勢(shì)分析驗(yàn)證

基于上述二級(jí)隔振模型，對(duì)二級(jí)隔振上的大小襯套及支架進(jìn)行趨勢(shì)分析與驗(yàn)證，具體情況如下：

①大襯套對(duì)高低頻的影響。根據(jù)分析確認(rèn)，當(dāng)大襯套剛度降低，其高低頻影響較大。因此，大襯套的剛度調(diào)整其實(shí)對(duì)整體NVH性能影響最大。如圖6所示，大襯套剛度對(duì)高低頻二級(jí)頻率都有很大影響。

在某電動(dòng)車上，對(duì)二級(jí)隔振系統(tǒng)中的大襯套進(jìn)行剛度調(diào)整進(jìn)行單一因素驗(yàn)證。如圖7，紅色線為車內(nèi)噪聲原始測(cè)試數(shù)據(jù)，綠色線為后懸置大襯套剛度降低20%后的測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，降低大襯套剛度，對(duì)12和18階的噪聲有較為明顯的改善。

②二級(jí)小襯套對(duì)高低頻的影響。分析如圖8所示，二級(jí)小襯套一般尺寸較小，其剛度較大，對(duì)低頻模態(tài)的影響基本可以忽略不計(jì)。但對(duì)二級(jí)的模態(tài)影響很大，即對(duì)高頻影響很大。在某電動(dòng)車上，對(duì)后懸置增加二級(jí)隔振襯套，其對(duì)高頻效果明顯，紅色為原始狀態(tài)，綠色為增加二級(jí)隔振狀態(tài)件，如圖9所示，車內(nèi)嘯叫高頻段降低非常明顯。同樣的，在此基礎(chǔ)上對(duì)二級(jí)隔振襯套剛度繼續(xù)進(jìn)行單一因素驗(yàn)證。如圖10所示，二級(jí)隔振襯套降低，對(duì)紅色框內(nèi)的高頻嘯叫改善明顯。

③二級(jí)隔振支架對(duì)高低頻的影響。分析如圖11所示，懸置支架重量相對(duì)動(dòng)總重量可以忽略不計(jì)，故對(duì)低頻影響微乎其微;但對(duì)于二級(jí)模態(tài)而言，主要受支架重量和小襯套剛度影響。因此懸置大小襯套之間的支架重量對(duì)二級(jí)模態(tài)影響顯著。

在某電動(dòng)車上，對(duì)后懸置支架重量進(jìn)行單一因素驗(yàn)證，分析如圖12所示，紅色為原始狀態(tài)非二級(jí)隔振件，綠色、藍(lán)色、紫色線為支架重量逐級(jí)增加的二級(jí)隔振測(cè)試結(jié)果。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，有二級(jí)隔振相對(duì)單級(jí)隔振，高頻優(yōu)化明顯，中間頻率段振動(dòng)反而增加，與前述結(jié)論對(duì)應(yīng)。不同的支架重量測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)支架重量越重，二級(jí)模態(tài)越低，其對(duì)高頻振動(dòng)改善效果越明顯。

4? 結(jié)論

從上述分析，二級(jí)隔振系統(tǒng)對(duì)高頻振動(dòng)影響是毋庸置疑的。但二級(jí)隔振本身，也有很多細(xì)節(jié)如大小襯套剛度、支架重量等參數(shù)還是需要進(jìn)行不斷調(diào)試優(yōu)化。

當(dāng)然，懸置本體的二級(jí)隔振，受其重量的局限性，其模態(tài)不太可能做到很低。副車架襯套其實(shí)也可以看作懸置系統(tǒng)的二級(jí)隔振，由于副車架本身重量較大，因此其模態(tài)可以做到80Hz左右，理論上對(duì)高頻隔振效果更好。

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